高溫結(jié)構(gòu)安全評定相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求越來越高,高溫設(shè)備構(gòu)件需適應(yīng)更惡劣的工作環(huán)境。研究高溫材料的斷裂力學(xué)行為以及完善設(shè)備構(gòu)件的安全評定技術(shù)是結(jié)構(gòu)完整性評估的重要內(nèi)容,對于許多工業(yè)部門,如石油化工、能源電力、航空航天等具有十分重要的意義。本文就安全評估技術(shù)中的基本問題:材料的高溫斷裂力學(xué)行為及數(shù)值模擬方法、高溫結(jié)構(gòu)免予蠕變失效分析的判定條件進行了研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)開展了0Cr18Ni9不銹鋼在550℃下的疲勞以及蠕變-疲勞裂

2、紋擴展試驗,得出疲勞以及蠕變-疲勞裂紋擴展曲線,分析了保載時間對蠕變-疲勞裂紋擴展速率的影響,總結(jié)了相應(yīng)的蠕變-疲勞裂紋擴展規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),在蠕變-疲勞交互作用下裂紋擴展速率大于同等試驗條件無保載時間時的疲勞裂紋擴展速率。通過把蠕變.疲勞裂紋擴展方程中疲勞機制相關(guān)系數(shù)和蠕變機制相關(guān)系數(shù)與保載時間建立關(guān)聯(lián),說明了隨著保載時間的增加,疲勞機制相關(guān)系數(shù)逐漸減小,蠕變機制相關(guān)系數(shù)逐漸增大,蠕變導(dǎo)致的損傷逐漸成為材料破壞的主導(dǎo)因素。
　　

3、 (2)利用ANSYS軟件進行了0Cr18Ni9不銹鋼標準CT拉伸試樣在550℃下疲勞裂紋擴展的數(shù)值模擬,討論了裂紋閉合效應(yīng)出現(xiàn)的原因和形式,并在數(shù)值模擬中采用接觸問題分析方法,用以解決數(shù)值模擬中出現(xiàn)的負位移現(xiàn)象。結(jié)果表明,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果較好的吻合且偏于保守。
　　 (3)以R5規(guī)程中描述蠕變.疲勞機制下的通用裂紋擴展模型為基礎(chǔ),推導(dǎo)出了把蠕變機制與疲勞機制關(guān)聯(lián)在一起的等效參量,建立一個新的蠕變.疲勞裂紋擴展方程。結(jié)合我

4、們對0Cr18Ni9不銹鋼的測試數(shù)據(jù),驗證了模型的有效性,并與R5中模型的計算結(jié)果相比較,本文模型預(yù)測結(jié)果更接近實驗結(jié)果,且大大簡化了計算過程。
　　 (4)在分析已有設(shè)計規(guī)范及相關(guān)文獻中的含缺陷結(jié)構(gòu)免予蠕變分析的判定條件的基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)蠕變理論,綜合考慮蠕變變形量及服役時間兩個條件,建立了一種新的高溫含缺陷結(jié)構(gòu)免予蠕變失效評定的條件,并結(jié)合一個工程案例進行分析驗證,結(jié)果表明本文建立的免予蠕變失效評定的準則具有一定的工程價值。